Линейный регулятор напряжения

Линейный регулятор напряжения поможет получить тёплые 3,3 вольта для питания управляющих платформ и модулей.

Видеообзор

Общие сведения

В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования напряжения для электрических потребителей:

  • Линейные регуляторы напряжения
  • Импульсные DC-DC преобразователи

Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции и работают по разным технологиям.

Линейные регуляторы напряжения

Преимущество линейного регулятора — простота, отсутствие помех и минимальная обвязка. Рассмотрим на примере подключения микросхемы LM7805. Тут всё как на ладони — подключаете входное напряжение и нагрузку.

Линейный стабилизатор представляет из себя «умный» делитель напряжения. На вход делителя подаётся входное напряжение, а выходное снимается с одного из плеч делителя.

Стабилизация по напряжению осуществляется путём постоянной корректировки сопротивления одного из плеч делителя.

При увеличении отношения входного напряжения к выходному — КПД стабилизатора снижается.

Вся оставшиеся мощность рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Устанавливайте линейный стабилизатор на теплоотвод. Иначе регулируемый элемент перегреется и выйдет из строя.

Импульсные DC-DC преобразователи

Импульсные стабилизаторы отличаются высоким КПД, так как регулирующий элемент работает в ключевом режиме. Недостатки таких преобразователей — импульсные помехи в выходном напряжении и относительная сложность.

Общими для всех импульсных видов преобразователей являются пять основных элементов:

  • источник питания
  • ключевой коммутирующий элемент
  • индуктивный накопитель энергии: катушка индуктивности или дроссель
  • блокировочный диод
  • фильтрующий конденсатор фильтра

Понижающий преобразователь

При открытом ключе S1 диод VD1 закрыт и энергия от источника питания накапливается в индуктивном накопителе энергии L1. При закрытом ключе, запасенная энергия индуктивным накопителем через диод передастся в сопротивление нагрузки RH. Конденсатор С1 сглаживает пульсации напряжения.

Повышающий преобразователь

При открытом ключе S1 ток от источника питания протекает через катушку индуктивности L1 в которой запасается энергия. Цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии.

Напряжение на сопротивлении нагрузки RH поддерживается благодаря запасенной энергии на конденсаторе фильтра C1. При размыкании ключа S1, накопленная энергия на катушке суммируется с напряжением питания и передается в нагрузку через открытый диод VD1. Полученное таким способом выходное напряжение превышает напряжение питания.

Примеры работы

Линейный регулятор преобразует входное повышенное напряжение в диапазоне от 4,3 до 20 вольт в стабильные 3,3 вольта.

Подключение миникомпьютеров

Линейный регулятор поможет запитать одноплатник внешним источником напряжения. В качестве примера подключим Onion Omega2 от импульсного источника с выходным напряжением 12 вольт.

Подключение модулей

Стабилизатор также возьмёт на свои плечи питание для 3,3 вольтовых модулей, например Wi-Fi ESP8266 или модуль беспроводной связи nRF24L01+.

На контактных колодках Arduino расположен пин 3V3. Многие ошибочно запитывают от этого пина модули с 3,3 вольтовой логикой. Этого делать категорически нельзя. На большинстве плат Arduino стоит слабенький регулятор напряжения с током всего на 50 мА. Такой силы хватит только на парочку светодиодов.

В качестве примера подключим Wi-Fi модуль ESP8266 через линейный регулятор напряжения к Arduino Uno.

На схеме к ESP8266 подключены только линии питания и земли. Пример подключения питания и логических уровней читайте в технической документации на модуль.

Подключение к WiFi Slot

Линейный регулятор благодаря форм-фактору Troyka-модулей как родной встанет на платформу WiFi Slot и расширит диапазон питания платформы до 20 вольт.

  • Джампер объединения выходного питания с линией V установлен. В итоге выходное питание поступает на линию V платформы WiFi Slot.
  • Джампер объединения входного питания с линией V2 не установлен.

Элементы платы

Линейный регулятор напряжения

Сердце модуля линейный стабилизатор MC33269. Регулятор принимает на входное напряжение и преобразует его значение в 3,3 вольта. Остальная мощность рассеивается в виде тепла. В качестве охлаждения — выступает плата модуля.

Входное и выходное напряжение

На модуле выведен двойной клеммник для подключения входного питания и нагрузки:

  • контакт (Vin) — пин входного напряжения. Подключите к плюсовому контакту источника питания. Диапазон входного напряжения от 4,4 до 20 вольт.
  • двойной контакт (GND) — общая земля. Подключите к минусовому контакту источника питания и земле нагрузки.
  • контакт (Vout) — пин выходного напряжения со значением 3,3 вольта. Подключите к питанию нагрузки.

Джамперы выбора питания

Модуль с регулятором питания позволяет дублировать входное и выходное напряжение на Troyka-контактах путём установкой джаммеров:

  • Vin=V2 — на линии V2 будет присутствовать входное напряжение с клеммника Vin.
  • Vout=V — на линии V будет выходное напряжение регулятора с клеммника Vout.

Установка джампера будет полезна при подключении модуля через макетную плату или Troyka Slot Shield.

Troyka-контакты

На модуле выведено две пары Troyka-контактов.

Нижняя группа

  • Питание (V) — выходное напряжение с линейного регулятора напряжения. При установленном джаммпере Vout=V.
  • Земля (G) — общая земля.

Верхняя группа

  • Сигнальный (V2) — входное напряжение подаваемое на линейный регулятор. При установленном джаммпере Vin=V2.

Принципиальная и монтажная схемы

Характеристики

  • Чип: MC33269
  • Входное напряжение: 4,4—20 В
  • Выходное напряжение: 3,3 В
  • Максимальный выходной ток: 800 мA
  • Габариты: 25,4×25,4 мм

Ресурсы